JP2512242B2 - Inverter device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は自己消弧機能をもつ半導
体素子を用いたインバータ装置の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に自己消弧機能をもつ半導体素子で
あるゲートターンオフサイリスタ（以下、ＧＴＯと略
す）には、電流しゃ断時の急激な電圧上昇を抑制するた
めにスナバ回路を並列に接続する。図１は比較的良く用
いられるＧＴＯのスナバ回路で、ダイオード３を抵抗４
に並列に接続する点が特徴である。これはＧＴＯ１の電
流しゃ断特性が急峻であるためにダイオード３を通して
スムーズにＧＴＯ１に加わる電圧をスナバコンデンサ４
に吸収するためである。 【０００３】また、この様なスナバ回路を並列に接続し
たＧＴＯを用いた制御装置の主回路を図２に示す。 【０００４】５は電源、６はフィルタリアクトル、７は
フィルタコンデンサ、８はインバータ装置である。 【０００５】さらに、この主回路を実際に組んで配列し
たものが図３である。１１はフィルタコンデンサ箱で１
２はインバータ装置箱でこれらは別々の箱に収納されて
いた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、図
１に示したスナバコンデンサ２の容量が大きいため、ス
ナバ抵抗４も大きくなり、図３に示す装置全体が大型
し、例えば、車両用制御装置として用いた場合、重量
的，容積的にも種々の問題が発生する。 【０００７】本発明の目的は、フィルタと、自己消弧機
能をもつ半導体素子を用いたインバータ装置の小型化を
図ることである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、フィルタコンデンサを分割し、インバータ装置とフ
ィルタコンデンサを直線状に配置した上、同じ箱内に収
納するようにしたものである。 【０００９】 【作用】この構成により、フィルタコンデンサからイン
バータ装置の各相までの配線長を短くすることにより、
配線インダクタンスを小さく抑えることができ、結果と
して装置の小型化を可能とする。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の原理を説明した後、実施例を
説明する。 【００１１】図１において、ＧＴＯ１によって電流をし
ゃ断する場合に、電流しゃ断時GTO1に印加される電圧
は、ＧＴＯ１に流れていた電流がＧＴＯ１が電流しゃ断
した後も電源からの配線インダクタンスによりさらに流
れ続けようとするために発生する。この電圧のピーク値
Ｖ_peakは、スナバコンデンサ２容量Ｃｓ，配線インダク
タンスＬ，ＧＴＯ１のしゃ断電流Ｉ_GTO，電源電圧Ｖ_FC
を用いて近似的に求めることができる。配線インダクタ
ンスに蓄えられたエネルギーがスナバコンデンサ２への
過充電電圧に変換されるので、電源電圧以上に充電され
る過電圧ΔＶは次式より求められる。 【００１２】 【数１】 【００１３】以上より、 【００１４】 【数２】 【００１５】となる。 【００１６】スナバ回路を設計する上で重要なことは、
このＶ_peakがＧＴＯ１の耐圧を上回らないことである。
たとえば素子の耐圧を２５００Ｖ，配線インダクタンス
を４μＨ，ＧＴＯの最大しゃ断電流を１０００Ａとする
と数２より 【００１７】 【数３】 【００１８】ここでＶ_peakに０.８ の余裕を見た。この
様にスナバコンデンサ２の容量を４μＦ以上とする必要
がある。 【００１９】ところで電源電圧にまで充電されたスナバ
コンデンサ２のエネルギーはＧＴＯがオンすると同時に
スナバ回路の抵抗４を通って放電する。したがってスナ
バ回路のコンデンサ容量に比例して抵抗４の容量を大き
くする必要がある。たとえば前述の例と同様のスナバ回
路でＧＴＯ１を２００ＨｚでＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返
すとスナバ抵抗４で消費されるエネルギーは、 【００２０】 【数４】【００２１】となる。抵抗器４の容量は余裕を見て消費
電力の約２倍とする必要があり約800W程度とする必要が
ある。この様にスナバ回路の容量を大きくする必要があ
りスナバ回路が制御機器の３０％も占めていた。電源装
置はできるかぎり小型であることが望ましくスナバ抵抗
４は小さい方が良いし、また電力損失の面からもスナバ
コンデンサ２の容量は小さい方が良い。これらの要求を
満たす方法として数２から分かる様にスナバコンデンサ
２の容量を小さくしてもＶ_peakを一定に保つためには電
源からの配線インダクタンスを小さくすれば良い。ま
た、インバータ装置８には、電源電圧の振動や急変を抑
えるために図２の様にフィルタ回路を接続する。したが
って問題としている配線インダクタンスはＧＴＯ１から
みて電源であるフィルタコンデンサ７からインバータ装
置８までの配線長により決まる。配線インダクタンスを
小さくするためには極力配線長を短くしなければならな
い。 【００２２】図３は電源装置の機器配列で、インバータ
装置８とコンデンサ７は別々の機器に収納されていた。
したがってコンデンサから制御装置までの配線長を短く
するのに限界があり、配線インダクタンスを４μＨ程度
とするのが限界であった。このままでは、インバータ装
置を、例えば、車両用制御装置として用いた場合小形化
を図ることができない。この点を解決した実施例を以
下、説明する。 【００２３】図４に３相インバータに本発明を適用した
場合を示した。３相インバータの各相は、例えば、実開
昭55−43324 号公報に記載されているように、Ｕ相，Ｖ
相，Ｗ相の各相は主サイリスタが直列に接続された構成
となっている。 【００２４】このように構成された３相インバータの各
相毎に隣接させてそれぞれ分割されたフィルタコンデン
サを配置したインバータ装置の例が図４である。この時
の配線インダクタンスは、前述のように、各相のインバ
ータからその隣りに分割配置されたフィルタコンデンサ
までの配線長により決まる。つまり、この実施例の場合
は、各相毎に分割配置されたフィルタコンデンサからそ
の相のインバータのＧＴＯまでの配線長を非常に短くす
ることができ、前述のように、フィルタコンデンサとイ
ンバータ間の配線インダクタンスを小さくすることがで
きる。従って、ＧＴＯのスナバ回路のスナバコンデンサ
及びスナバ抵抗を小さくすることができるので、インバ
ータ装置全体の小型化を図ることができる。 【００２５】次に、他の実施例を図５を用いて説明す
る。 【００２６】図５はフィルタコンデンサをインバータの
両脇に２分割配置したインバータ装置の例である。 【００２７】この場合、中間に配列されたインバータと
フィルタコンデンサ間の配線長は、図４に記載の中間に
配列されたインバータとフィルタコンデンサ間の配線長
に比べ若干長くなる。しかし、両側の２つのインバータ
とフィルタコンデンサ間の配線長は、図４に示す実施例
と同様の配線長とすることができる。従って、前述のよ
うに、配線長の短いＧＴＯのスナバ回路を小さくするこ
とができるので、インバータ装置の小型化を図ることが
できる。 【００２８】また、図６に他の実施例を示した。図６は
フィルタコンデンサを各相のインバータの中間および両
脇に分割した場合である。各インバータは両側にフィル
タコンデンサを有し、この場合は最も配線インダクタン
スを小さくできる。 【００２９】 【発明の効果】以上の様に、フィルタコンデンサを分割
し、３相インバータと直線的に配置することにより、エ
ネルギー源であるコンデンサとＧＴＯ間の配線長がより
短くなり、ＧＴＯターンオフ時に発生する過電圧をより
容量の小さなスナバコンデンサで吸収することができる
ので電力損失が少なく、比較的小型の制御装置を提供す
ることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvement of an inverter device using a semiconductor element having a self-extinguishing function. In general, a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO), which is a semiconductor element having a self-extinguishing function, is provided with a snubber circuit in parallel in order to suppress a rapid voltage rise at the time of current interruption. Connecting. FIG. 1 shows a GTO snubber circuit which is relatively often used.
Is characterized in that it is connected in parallel with. This is because the current cutoff characteristic of GTO1 is steep, so the voltage applied to GTO1 smoothly through the diode 3 is applied to the snubber capacitor 4
This is because it is absorbed by FIG. 2 shows the main circuit of a control device using a GTO in which such snubber circuits are connected in parallel. Reference numeral 5 is a power source, 6 is a filter reactor, 7 is a filter capacitor, and 8 is an inverter device. Further, FIG. 3 shows the main circuit actually assembled and arranged. 11 is a filter condenser box
2 is an inverter device box, and these were stored in separate boxes. In the above prior art, since the snubber capacitor 2 shown in FIG. 1 has a large capacity, the snubber resistance 4 also becomes large, and the entire device shown in FIG. 3 becomes large. When used as a vehicle control device, various problems occur in terms of weight and volume. An object of the present invention is to downsize an inverter device using a filter and a semiconductor element having a self-extinguishing function. In order to solve the above problems, the filter capacitor is divided, the inverter device and the filter capacitor are linearly arranged, and they are housed in the same box. . With this configuration, by shortening the wiring length from the filter capacitor to each phase of the inverter device,
The wiring inductance can be suppressed to be small, and as a result, the device can be downsized. EXAMPLES The principle of the present invention will be described below, and then examples will be described. In FIG. 1, when the current is cut off by the GTO1, the voltage applied to the GTO1 when the current is cut off continues to flow due to the wiring inductance from the power source even after the current flowing through the GTO1 is cut off. It happens to try. The peak value V _peak of this voltage is the snubber capacitor 2 capacitance Cs, the wiring inductance L, the _{GTO 1} cut-off current I _GTO , and the power supply voltage V _FC.
Can be approximately calculated using. Since the energy stored in the wiring inductance is converted into the overcharge voltage to the snubber capacitor 2, the overvoltage ΔV charged to the power source voltage or more is obtained by the following equation. ## EQU1 ## From the above, ## EQU2 ## [0015] Important points in designing a snubber circuit are:
This V _peak does not exceed the breakdown voltage of GTO1.
For example, if the breakdown voltage of the element is 2500 V, the wiring inductance is 4 μH, and the maximum breaking current of the GTO is 1000 A, then from equation 2, Here, a margin of 0.8 is observed in _Vpeak . Thus, it is necessary to set the capacity of the snubber capacitor 2 to 4 μF or more. By the way, the energy of the snubber capacitor 2 charged to the power supply voltage is discharged through the resistor 4 of the snubber circuit at the same time when the GTO is turned on. Therefore, it is necessary to increase the capacitance of the resistor 4 in proportion to the capacitance of the snubber circuit. For example, when the GTO 1 is repeatedly turned on and off at 200 Hz in the snubber circuit similar to the above example, the energy consumed by the snubber resistor 4 is as follows. [0021] The capacity of the resistor 4 needs to be about twice the power consumption with a margin, and needs to be about 800 W. Thus, it is necessary to increase the capacity of the snubber circuit, and the snubber circuit occupies 30% of the control equipment. It is desirable that the power supply device be as small as possible, and the snubber resistance 4 is preferably small, and the snubber capacitor 2 is preferably small in terms of power loss. As can be seen from the equation (2) as a method of satisfying these requirements, the wiring inductance from the power supply may be reduced in order to keep _Vpeak constant even if the capacitance of the snubber capacitor 2 is reduced. In addition, a filter circuit is connected to the inverter device 8 as shown in FIG. 2 in order to suppress vibrations and sudden changes in the power supply voltage. Therefore, the wiring inductance in question is determined by the wiring length from the filter capacitor 7 which is the power source to the inverter device 8 when viewed from the GTO 1. In order to reduce the wiring inductance, it is necessary to shorten the wiring length as much as possible. FIG. 3 shows a device arrangement of the power supply device, in which the inverter device 8 and the capacitor 7 are housed in separate devices.
Therefore, there is a limit to shortening the wiring length from the capacitor to the control device, and the wiring inductance is limited to about 4 μH. As it is, the inverter device cannot be downsized when used as a vehicle control device, for example. An embodiment that solves this point will be described below. FIG. 4 shows a case where the present invention is applied to a three-phase inverter. Each phase of the three-phase inverter is, for example, as described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-43324, U-phase and V-phase.
The main thyristors are connected in series to each of the phases W and W. FIG. 4 shows an example of an inverter device in which filter capacitors are arranged adjacent to each other in each phase of the thus constructed three-phase inverter. As described above, the wiring inductance at this time is determined by the wiring length from the inverter of each phase to the filter capacitors divided and arranged next to the inverter. That is, in the case of this embodiment, the wiring length from the filter capacitor divided and arranged for each phase to the GTO of the inverter of that phase can be made extremely short, and as described above, between the filter capacitor and the inverter. The wiring inductance can be reduced. Therefore, the snubber capacitor and the snubber resistance of the GTO snubber circuit can be reduced, so that the inverter device as a whole can be downsized. Next, another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an example of an inverter device in which a filter capacitor is divided into two parts on both sides of the inverter. In this case, the wiring length between the inverter and the filter capacitor arranged in the middle is slightly longer than the wiring length between the inverter and the filter capacitor arranged in the middle shown in FIG. However, the wiring length between the two inverters on both sides and the filter capacitor can be the same as that of the embodiment shown in FIG. Therefore, as described above, the snubber circuit of the GTO having a short wiring length can be downsized, and the inverter device can be downsized. FIG. 6 shows another embodiment. FIG. 6 shows a case where the filter capacitor is divided into the middle and both sides of the inverter of each phase. Each inverter has filter capacitors on both sides, in which case the wiring inductance can be minimized. As described above, by dividing the filter capacitor and arranging it linearly with the three-phase inverter, the wiring length between the capacitor which is the energy source and the GTO becomes shorter, and when the GTO is turned off. Since the generated overvoltage can be absorbed by the snubber capacitor having a smaller capacity, it is possible to provide a relatively small control device with less power loss.

【図面の簡単な説明】 【図１】比較的良く用いられているＧＴＯのスナバ回
路。 【図２】フィルタ回路と制御装置。 【図３】フィルタコンデンサと制御装置を別々の箱に収
納した従来例。 【図４】本発明の一実施例。 【図５】本発明の一実施例。 【図６】本発明の一実施例。 【符号の説明】 １…ＧＴＯ、２…スナバコンデンサ、３…ダイオード、
４…スナバ抵抗、５…電源、６…フィルタリアクトル、
７，２１…フィルタコンデンサ、８…インバータ装置、
１１…フィルタコンデンサ箱、１２…インバータ装置
箱、２２Ｕ…Ｕ相インバータ、２２Ｖ…Ｖ相インバー
タ、２２Ｗ…Ｗ相インバータ、２３…制御装置内の配
線。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a GTO snubber circuit which is relatively well used. FIG. 2 is a filter circuit and a control device. FIG. 3 is a conventional example in which a filter capacitor and a control device are housed in separate boxes. FIG. 4 is an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an embodiment of the present invention. FIG. 6 is an embodiment of the present invention. [Explanation of symbols] 1 ... GTO, 2 ... Snubber capacitor, 3 ... Diode,
4 ... Snubber resistance, 5 ... Power supply, 6 ... Filter reactor,
7, 21 ... Filter capacitor, 8 ... Inverter device,
11 ... Filter capacitor box, 12 ... Inverter device box, 22U ... U phase inverter, 22V ... V phase inverter, 22W ... W phase inverter, 23 ... Wiring in control device.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．自己消弧機能をもつ半導体素子を用いた３相インバ
ータとこの３相インバータの直流側に設けられたフィル
タコンデンサとを備えたインバータ装置において、この
フィルタコンデンサを複数に分割し、前記３相インバー
タの各相を直線的に配列し、前記分割されたフィルタコ
ンデンサを前記直線的に配列された３相インバータの各
相間及び両端に夫々配置し、前記３相インバータと、前
記分割されたフィルタコンデンサとを同一箱内に収納し
たインバータ装置。 ２．自己消弧機能をもつ半導体素子を用いた３相インバ
ータと、この３相インバータの直流側に設けられたフィ
ルタコンデンサとを備えたインバータ装置において、こ
のフィルタコンデンサを複数に分割し、前記３相インバ
ータを直線的に配列し、前記分割されたフィルタコンデ
ンサを前記直線的に配列された３相インバータの両側に
配置し、前記３相インバータと、前記分割されたフィル
タコンデンサとを同一箱内に収納したインバータ装置。(57) [Claims] 1. In an inverter device provided with a three-phase inverter using a semiconductor element having a self-extinguishing function and a filter capacitor provided on the DC side of the three-phase inverter, the filter capacitor is divided into a plurality of parts, The respective phases are linearly arranged, and the divided filter capacitors are arranged between the respective phases of the linearly arranged three-phase inverter and at both ends thereof, and the three-phase inverter and the divided filter capacitors are arranged. Inverter device stored in the same box. 2. In an inverter device provided with a three-phase inverter using a semiconductor element having a self-extinguishing function and a filter capacitor provided on the DC side of the three-phase inverter, the filter capacitor is divided into a plurality of parts, and the three-phase inverter is provided. Are linearly arranged, the divided filter capacitors are arranged on both sides of the linearly arranged three-phase inverter, and the three-phase inverter and the divided filter capacitors are housed in the same box. Inverter device.